[发明专利]高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法

说明书

本发明涉及一种高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，包括以下步骤：S1、计算出齿轮啮合的实际啮合线长度；S2、计算单、双啮合区的分界点到齿轮中心的距离；S3、计算非啮合区及单、双齿啮合区内啮合点的热流密度与啮合点到齿轮中心距离的函数关系式；S4、在有限元软件中计算得到各点到齿轮中心的距离；S5、计算得到各点的热流密度；S6、选取相应节点完成对各点热流密度的施加；S7、计算齿轮不同表面的对流换热系数；S8、选取相应表面完成对流换热系数的施加；S9、计算得到高速齿轮传动的温度场。本发明基于离散化思想，将齿轮啮合面离散成若干个点，对各点温度场进行计算，再进行后续分析与处理，具有计算精度高、方法简便、效率高等优点。

技术领域

本发明涉及高速传动齿轮技术领域，更具体地说，涉及一种高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法。

背景技术

随着技术的不断创新以及石油资源的日益减少，新能源汽车成为研究的热点。高速低温升齿轮技术是新能源汽车传动系统研究的前沿技术，如何精确计算高速齿轮啮合传动温度场是调控新能源汽车传动系统温升的关键。然而，高速齿轮啮合面上的热流密度分布非常复杂，不仅热流密度跨度大且由于单、双啮合区域的存在，使得啮合面上的热流密度分布并不是呈连续变化，在单、双啮合区转换的点存在明显的热流密度的阶跃，这给高速传动齿轮的温度场计算带来了巨大的困难。

目前，高速齿轮传动温度场的计算方法主要有两种。一种是简便算法，即截取齿轮的其中一个齿，直接取啮合面热流密度的平均值添加到啮合面上，该方法简单，但计算精度很低。另一种方法是在有限元软件中建立齿轮组模型，定义各种约束与边界条件，从而计算出齿轮组之间滑动摩擦产生的热，这种方法精度较高，但计算量大，耗时很长，步骤复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，具有计算精度高、方法简便、效率高等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，包括以下步骤：

S1、根据主、从动齿轮的各项参数与传动要求，作出齿轮组啮合模型，计算出齿轮啮合的实际啮合线长度；

S2、以S1为依据结合齿轮对啮合的重合度确定单、双啮合区长度，根据几何关系计算单、双啮合区的分界点到齿轮中心的距离；

S3、根据Hertz接触理论分别计算非啮合区及单、双齿啮合区内啮合点的热流密度与啮合点到齿轮中心距离的函数关系式；

S4、在有限元软件中建立三维模型，并赋予齿轮材料属性及各项物理参数，然后基于离散化思想，将啮合面离散成若干个点，在有限元软件中计算得到各点到齿轮中心的距离；

S5、根据各点与齿轮中心的距离，对比S2确定各点所在区域，带入S3中相应的关系式计算得到各点的热流密度；

S6、在有限元软件中，在啮合面上添加一层节点与离散点重合的表面效应单元，利用APDL命令流选取相应节点完成对各点热流密度的施加；

S7、计算齿轮不同表面的对流换热系数；

S8、在有限元软件中利用APDL命令流选取相应表面完成对流换热系数的施加；

S9、在有限元软件中，结合S4、S6、S8中的边界条件，根据边界条件公式，最终计算得到高速齿轮传动的温度场。

上述方案中，在所述步骤S1中，齿轮啮合的实际啮合线长度g_s的计算公式如下：

g_s＝r_b1(tanα_a1-tanα′)+r_b2(tanα_a2-tanα’) (1)